COMO REBOBINAR MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

TALLER DE REBOBINADOS DE CORRIENTE ALTERNA

Como objeto orientar y capacitar en todo el proceso de rebobinado de motores eléctricos de inducción de forma manual y artesanal, paso por paso desde que se destapa el motor hasta que nuevamente se pone en funcionamiento, describiendo el motor, compuestos, funcionamiento, tipos de bobinado posibles y conexiones.

TIPOS DE BOBINADOS

Motores asíncronos o de inducción son motores de corriente alterna y pueden ser monofásicos o polifásicos, el motor trifásico está formado por un rotor que puede ser de dos tipos, de jaula de ardilla o bobinado y un estator en el que se encuentran las bobinas inductoras, estas bobinas están desfasadas entre si 120° geométricos, cuando por estas boinas circula un sistema de corrientes trifásicas se induce un campo magnético giratorio que alcanza el bobinado del rotor e induce un voltaje en ellas, este voltaje inducido en las bobinas es debido al movimiento relativo del rotor con respecto al campo magnético del estator, debido al voltaje inducido, en el rotor se presentan corrientes por las barras del mismo, estas corrientes producen un campo magnético y finalmente la producción del movimiento del rotor es debido a los campos del estator y del rotor, estos campos tienden a alinearse como dos barras magnéticas, si el campo magnético del estator está girando, el campo magnético del rotor tratará de alcanzarlo constantemente.

Una máquina de inducción se puede utilizar como generador o como motor (pocas veces se utilizan como generadores), por esto nos referimos a las máquinas  de inducción más como a motores.

TIPOS DE BOBINADOS DE CORRIENTE ALTERNA

Cada fase del devanado trifásico está formada por varias espiras formando bobinas, conectadas de forma que se sumen las fuerzas electromotrices engendradas en los conductores. El bobinado de cada fase es de tambor y abierto con un principio y u  final. Las fases deben ser idénticas y desfasadas entre sí, con el ángulo del sistema (120° eléctricos en el devanado trifásico).

Las bobinas del devanado forman grupos según su forma.

.Concéntricos

.Imbricados

.Ondulados

Según la conexión de los grupos de bobina de una misma fase el devanado puede ser conectado por polos, o por polos consecuentes.

DEFINICIÓN:

 TÉRMINOS TÉCNICOS DEL BOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS

BOBINA: cada uno de los conjuntos compactos de espiras que unidos entre si forman el bobinado inducido de la máquina, estas van en las ranuras de la

armadura y están compuestas de lados activos y cabezas. (fig. 1.1.)

PASO POLAR: es la distancia entre dos polos consecutivos (el número de ranuras que corresponden a cada polo).Puede ser expresado por centímetros o por el número de ranuras.

Lo observamos en la siguiente (fig. 1.2)

PASO DE BOBINA: es la distancia que hay entre los dos lados de una bobina. Se mide en fracciones del paso polar, en radianes eléctricos o geométricos, o contando el número de ranuras que hay entre los dos

lados de la bobina (al paso de bobina medido en números de ranuras se le designara), se representa en la siguiente (fig. 1.3)

PASO DIAMETRAL: cuando su paso es igual al paso polar, se representa en la siguiente (fig. 1.4)

PASO ACORTADO: si su paso es inferior al paso polar.

PASO ALARGADO: si su paso es superior al paso polar.

DEVANADO DE UNA CAPA: en este, cada ranura posee solo un lado activo de una bobina, este devanado se utiliza en máquinas de corriente alterna c. a. (fig. 1.5)

DEVANADO DE DOBLE CAPA: en cada ranura  hay dos lados activos que corresponden a dos bobinas distintas sobreponiéndolos uno sobre otro colocando un aislante y así formando dos capas de conductores, estos devanados son abiertos. Observe (fig. 1.6)

GRUPO POLAR: el conjunto de bobinas de la misma fase conectadas en serie, alojadas en ranuras contiguas y arrolladas alrededor de un mismo polo. Los grupos polares se conectan entre sí en serie o formando varias ramas en paralelo idénticas, para así construir una fase del devanado.

En la figura los grupos polares se señalan con un número en un círculo. (fig. 1.7)

DEVANADOS ENTEROS Y FRACCIONARIOS: (especialmente en inducidos de alternadores) y en ocasiones se utilizan devanados de fraccionarios en los que los grupos polares de una fase, no son todos exactamente iguales; algunos tienen una bobina más que los otros.

En los fraccionarios el número de bobinas por par de polos y fase, b no es entero, ni tampoco el número de ranuras por polo y fase, Kpq. Esto no significa que cada par de polos tenga un número no entero de bobinas, sino que, como hay diferencias entre el número de bobinas de cada grupo polar en una fase de los valores medios de los parámetros b y Kpq no son números enteros.

En los devanados enteros todos los grupos polares son iguales y, por lo tanto, los parámetros b y Kpq tienen valores enteros.

BOBINADO POR POLOS: es cuando el final de un grupo de bobinas está conectado con el final del siguiente y el principio de un grupo, con el principio del siguiente, dejando sin conectar el principio del primer grupo y el principio del último, que serán el principio y el final, respectivamente de la fase. En un bobinado por polos, el número de grupos por fase es igual al número de polos. Y el número total de grupos, es el número de grupos por fase, por el número de fases.   (fig. 1.8)

BOBINADOS POR POLOS CONSECUENTES: es cuando el final de un grupo de bobinas está conectado con el principio del siguiente, dejando sin conectar el principio del primer grupo y el final del último, que serán el principio y el final, respectivamente de la fase. En los bobinados de polos consecuentes, el número de grupos por fase es igual al número de pares de polos, y el número total de grupos es el número de grupos por fase, por el número de fases. (fig.1.9)

BOBINADOS CONCÉNTRICOS: en estos las bobinas de un grupo polar son de diferentes tamaños, y se van situando sucesivamente unas dentro de las otras fig.1.10.

En este tipo de bobinado los pasos de bobina son diferentes de unas bobinas a otras. Los bobinados concéntricos pueden ser construidos tantos por polos como por polos consecuentes. La forma de ejecutar los bobinados de una y dos fases es por polos (bobinado monofásico concéntrico fig.1.11).

Los bobinados trifásicos se realizan por polos consecuentes, fig.1.12.

Cuando se usa la conexión por polos consecuentes el valor medio de los paso de las bobinas de un grupo polar es igual al paso polar.

BOBINADO IMBRICADO: están realizados con bobinas de igual tamaño y forma, en estos un grupo polar se obtiene conectando en serie varias bobinas de una misma fase, todas ellas corresponden al mismo polo, fig.1.13.

Por esta razón, en estos bobinados hay que retroceder para  conectar el final de una bobina con el principio de la siguiente, estos bobinados pueden ser de una o dos capas, observe bobinado imbricado de una capa (fig. 1.14)

y bobinado imbricado de doble capa (fig.1.15)

de paso diametral alargado o acortado y siempre se ejecutan por polos. Cuando es de una sola capa el paso de bobina medido en número de ranuras, debe ser impar (fig.1.14) esto se debe a que en las ranuras se van colocando alternativamente el lado derecho de una bobina, el lado izquierdo de la otra bobina, el lado derecho y así sucesivamente. Por lo cual una bobina tendrá uno de sus lados en una ranura par y el otro en una ranura impar.

En la fig 1.14 se muestra el bobinado trifásico imbricado, por polos, de cuatro polos, una capa, 4 grupos polares por fase de 2 bobinas cada uno, 48 ranuras, 4 ramas por polo y fase, y con paso medido de ranuras 11.

En la figura 1.15 bobinado trifásico imbricado, por polos, de dos polos, doble capa, dos grupos polares por fase de 4 bobinas, 24 ranuras, 4 ranuras por polo y fase, con paso acortado de ranura en una ranura.

BOBINADO ONDULADO: estos también se realizan con bobinas de igual tamaño.

A diferencia de los imbricados, en los devanados ondulados una bobina se conecta con otra de la misma fase que está situada bajo el siguiente par de polos. En estos devanados ondulados, hay que avanzar a conectar el final de una bobina con el principio de la siguiente con la que se conecta, (fig.1.16)

esto hace que estas bobinas tengan su singular forma de onda.

Los bobinados ondulados se fabrican de dos capas y se ejecutan por polos, pueden ser de paso diametral, alargado o acortado. (Fig.1.16) se muestra bobinado trifásico ondulado, por polos, de 4 polos, doble capa con cuatro grupos polares por fase de 2 bobinas de cada uno, 24 ranuras, 2 ranuras polo y fase, y paso de bobina diametral

CÁLCULOS GENERALES PARA DIFERENTES TIPOS DE BOBINADOS

Ranuras que ocupa el bobinado por polo magnético y por fase.

En la ecuación 1.1 se da el cálculo para las ranuras que ocupa el bobinado por polo magnético y por fase. (calculo1.1)

                                                         Kpq = K/2pq   

Donde:

 Kpq: ranuras que ocupa el bobinado por polo magnético y por fase.

K: número de ranuras

_2pq: número de grupos por fase por el número de fases.

NÚMERO DE BOBINAS.

Bobinado de una capa. El número de bobinas es la mitad del número de ranuras (ecuación 1.2)

                                                               B= K/2                        (1.2)

Donde:

B: número de bobinas

Bobinado de dos capas.

El número de bobinas (B) es igual al número de ranuras (k) (ecuación 1.3)

                                                               B = K                      (1.3)

Numero de bobinas por grupo.

Es el número de bobinas totales dividido por los grupos totales del bobinado. (Ecuación 1.4)

                                                               u =B/G                       (1.4)

Donde:

u: Numero de bobinas por grupo.

B: Número de bobinas

G: Número de grupos totales del bobinado.

Paso polar = número de ranuras que corresponden a cada polo. (Ecuación 1.5)

                                                               Yp = K/2p                              (1.5)

Donde:

Yp : Paso polar.

K: Número de ranuras.

2p : Número de polos.

Cálculos para bobinados concéntricos. Los concéntricos se realizan de una capa y conectados por polos consecuentes.

Amplitud del grupo. Número de ranuras que se encuentran en el interior de un grupo de bobinas.

Para los bobinados concéntricos (ecuación 1.6)

                                                               m = (q – 1)*Kpq             (1.6)

Donde:

m: Amplitud por grupo

q: Número de fases

Kpq: Ranuras que ocupa el bobinado por polo magnético y por fase.

OBSERVACIÓN: Al hacer el cálculo para bobinados concéntricos, si el número de bobinas por grupo (u) es un número entero (n +1/2 ), se colocan alternativamente grupos de n bobinas y de n + 1 bobinas.

Cálculos para bobinados excéntricos o imbricados enteros. Se realizan de una o dos capas y tienen el número de ranuras por polo y fase entero. (Ecuación 1.7)

                                                                Kpq = número entero                   (1.7)

En los bobinados excéntricos o imbricados enteros. El ancho de bobina o paso de ranura  (Yk) puede ser menor o igual al paso polar. (ecuación 1.8)

                            (Yk < Yp)                           (1.8)

En el bobinado de una capa, el paso de ranura debe ser impar.

Bobinados excéntricos o imbricados fraccionarios. Se elaboran en 2 capas y conectados por polos. Tienen el número de ranuras por polo y fase como un número fraccionario (u = A/B), siendo el número fraccionario irreducible y B múltiplo de 3.

Para la distribución en el bobinado de los grupos de ranuras, se realiza una tabla de distribución:

-          En tres columnas se trazan B filas de A puntos.

-          Se traza una señal en el primer punto de la primera fila y en todos los que distan de este B unidades.

Las señales de la primera fila indican el número de ranuras que corresponden a cada fase del primer polo.

Las señales de la segunda fila indican el número de ranuras que corresponden a cada fase del segundo polo, y así sucesivamente.

El ancho de bobina o paso de ranura (Yk) puede ser menor o igual al paso polar. (ecuasión 1.8)

                                                       [1],[2],[3]        (1.8)

PASOS PARA BOBINAR UN MOTOR ELÉCTRICO DE INDUCCIÓN.

·         Anotar datos

·         Destapar el motor

·         Hacer molde para las bobinas nuevas

·         Quitar las bobinas viejas

·         Limpiar ranuras

·         Aislar ranuras del estator

·         Formar las nuevas bobinas

·         Introducir en las ranuras las nuevas bobinas

·         Aislar los grupos de bobinas

·         Conectar las bobinas

·         Aplicar barniz

TÉRMINOS TÉCNICOS PARA EL REBOBINADO.

*Aislamiento: papel especial que va en las ranuras del estator antes que las bobinas, (acción de empapelado).

*Formón y/o cortafríos: se utiliza para el corte de los alambres

*Datos: Tomar nota de los siguientes datos.

-Datos de la placa característica del motor.

-Número de ranuras

-Número de bobinas por grupo.

-Paso del bobinado.

-Número de polos.

-Número de espiras por bobina.

-Clase y tamaño del aislamiento.

-Calibre del conductor.

-Conexión de los grupos de bobina.

-Conexión.

Estos son datos que se obtienen a medida que se avanza en el proceso de rebobinado y que no se pueden ignorar para que el motor quede con el mismo rendimiento o mejor.

HOJA DE DATOS DE UN MOTOR ELÉCTRICO.

HP	RPM	VOLTIOS	AMPERIOS	FRECUENCIA
N° de bobinas	N° de bobinas	Conexión	Calibre del conductor	N° de espiras
N° de polos	Bobinas por grupo	N° de grupos	Paso del bobinado

AL DESTAPAR EL MOTOR.

Es necesario hacer un par de marcas, una en la tapa del motor y otra en la cascara del estator para que cuando se arme quede de la misma manera como llego y no presente el rotor roces con el estator, haga las marcas de manera que no se borren ni se confundan con la suciedad ni la grasa, si es necesario ranure o lime de lado a lado en las dos tapas y en el momento de armar no habrá equivocaciones. Ya echas estas marcas se aflojan los tornillos, se retiran las tapas y se desmonta el rotor. (fig.2.1)

EL MOLDE PARA LAS NUEVAS BOBINAS.

Antes de sacar las bobinas, hacer el molde para las nuevas bobinas aprovechando las bobinas quemadas ya elaboradas y metidas en las ranuras, tome un tramo de alambre, póngalo encima de una bobina y le da la forma como se muestra (fig2.2).

En caso de que sea un grupo de bobinas se hace un molde para cada bobina pues cada una es diferente de la otra (fig. 2.3 de molde terminado)

, en este paso se anotan los siguientes datos.

·         Grupos de bobinas

·         Número de bobinas por grupo

·         Paso de bobina

·         Conexión de los grupos de bobina

EXTRAER LAS BOBINAS QUEMADAS Y VIEJAS

Ya hechos los moldes de las bobinas a reemplazar, se retiran las bobinas viejas con cortafríos se cortan teniendo en cuidado de no dañar en el estator alguna chapa o ranura. (Figs.2.4-2.5)

Estando cortadas las bobinas se utiliza una varilla en forma de ganzúa de unos 35 a 40 cm de largo y con punta en forma de gancho que recoge todos los alambres de la bobina, se golpea por el extremo contrario y así se extraen estas bobinas viejas. (figs. 2.6 – 2.7)

Retirando ya las bobinas viejas se anotan datos como:

*Calibre del conductor (figs. 2.8 a – 2.8 b), es necesario utilizar el calibrador o galga, y para medir el calibre se debe limpiar el aislamiento y pasar el alambre conductor desnudo a través de las ranuras del calibrador de alambre “AWG”(calibre de cable americano), hay calibradores con 2 escalas, una para “AWG” y en otra para el diámetro en mili pulgadas “milis”(milésima de pulgada)

*CONTEO DE ESPIRAS

* LIMPIAR LAS RANURAS DEL ESTATOR: Utilice una grata o cepillo de alambre, y en algunos casos una navaja (fig. 2.11).

 Tome la medida del papel aislante, largo y ancho. (Fig. 2.12)

a esta medida agréguele 2 centímetros, esto para los dobleces y evitar el contacto de los conductores con el núcleo.

Medición de las ranuras, largo y alto. (fig.2.13)

Ranuras del estator ya limpias. (fig. 2.14)

AISLAMIENTO DE LAS RANURAS ESTATÓRICAS. Con la medida del papel corte los aislamientos (fig. 2.15 a) e introdúzcalos en cada una de las ranuras. (fig. 2.15 b).

Ya estando el estator empapelado hacer un molde para elaborar las bobinas, hacer un rectángulo de papel, la medida del ancho del rectángulo, equivale a la medida del paso de bovina (fig. 2.16),

y la medida más larga del rectángulo equivale a la medida del largo ranura más 2 centímetros, ya que el papel sobresale de la ranura. Para obtener la medida de la bobina 1, se determina el perímetro del rectangulo. Para la realización del molde la la bobina 2 se realiza el mismo procedimiento, solo que al lado mas largo del rectángulo se le añade el grosor de la bobina 1, para evitar que queden montadas estas bobinas, en caso de que sean mas bobinas por grupo, se realiza el mismo procedimiento, observe (fig.2.17),

después se corta un alambre con las medidas de las bobinas y se hace el molde con exactitud, vea (fig. 2.18).

*CONFECCIÓN DE LAS NUEVAS BOBINAS

a) Molde de las bobinas terminados y listos

b) El alambre calibrado

c) número de espiras por bobina

d) elaborar las bobinas

Para elaborar las bobinas se puede utilizar un soporte de tubo de PVC, para que el alambre se deslice al momento de enrollarlo vea (fig. 2.19 a) se dan las vueltas según el número de espiras, cuando se hallan enrollado 6 espiras se retira el molde, cuando termine de enrollar la última espira se amarra el lado de bobina con un  alambre de ambos lados de la bobina, si el grupo de bobinas solo tiene una bobina, entonces se corta el alambre, si tiene mas de dos bobinas por grupo, se coloca el siguiente molde y se repite el proceso, vea (fig.2.19 b)

*INTRODUZCA LAS BOBINAS EN LAS RANURAS.

Se debe tener en cuenta hacia donde van a quedar los principios y los finales de las bobinas en el estator, se desamarra el lado de bobina que se va a introducir, se meten las espiras en la ranura de una en una, vea (fig. 2.20 a) una vez dentro se cuña, vea (fig. 2.20 b),

después introduzca el otro lado de la boina y se cuña, el método es igual para todas las bobinas, vea (fig.2.21) estator bobinado completo.

*EL AISLAMIENTO DE LOS GRUPOS DE BOBINAS.

Con papel dieléctrico, separe las bobinas, pero antes amárrelas en la parte que sobresale de las ranuras, vea (fig. 2.22 a, b).

*CONEXIÓN DE BOBINAS.

Tenga en cuenta los siguientes datos.

-Número de bobinas por grupo

-Grupos de bobinas

-Número de polos

-Conexión de los grupos de bobina

Con estos datos se sabe cómo conectar los principios y finales de los grupos de bobinas y que conductores quedan para formar la conexión trifásica (A,Y, o Y-A) y los conectores que quedan como fases.

*AMARRE DE LAS BOBINAS.

Después de separadas las bobinas, se amarra primero la parte donde no hay empalmes, vea (fig. 2.23 a), luego amarre bobinas por donde salen los cables de las fases, vea (fig. 2.23 b) con este amarre quedan compactas.

*BARNIZAR.

Se puede inyectar el barniz en las partes menos asequibles de las ranuras y también esparcir con una brocha o pincel en todos los campos de bobinas, deje secar el barniz y proceda con el armado, teniendo en cuenta las marcas echas sobre las tapas y la carcasa del estator y requinte los tornillos en cruz para lograr un ajuste bien calibrado, vea (fig. 2.24)

  

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